淺埋暗挖法施工沉降量控制技術研究

趙曉炎

（中鐵十六局集團有限公司北京軌道交通工程建設有限公司，河南，鄭州，450000）

隨著經濟的高速發展和城鎮化推進過程的加速，土地資源成為制約經濟發展的一個因素，變得日益緊缺。與此同時，人們的環保意識越來越高。目前，許多城市面臨交通擁擠、環境污染等一系列問題，其中交通擁擠問題最為突出，不斷減緩了經濟發展速度，而且給人們生活帶來很大影響。由于隧道工程位于地下，可以有效地節約土地資源，并保護環境。

改革開放以來，我國在市政交通、地下工程開發等領域取得了突飛猛進的成就，尤其是近10年，隨著科學技術水平的進步、現代化設計理念的注入及設備工藝的革新，在公路隧道、鐵路隧道及城市地鐵等工程的設計、施工和技術等方面取得了跨越式的發展，并產生了質的飛躍。目前，對于發達國家的隧道和地下工程施工技術，我國大部分已在開發利用，并在實踐中不斷改進、革新。由于不同工程在規模、類型、工藝設備、技術水平等方面存在差異，其開挖方法也不盡相同，主要分為明挖法、蓋挖法、沉箱法、暗挖法。其中，暗挖法結構靈活、形式多變，施工過程中對地面建筑、道路和地下管線影響較小，拆遷占地少，對居民生活影響小，環境污染較少。尤其是淺埋暗挖法，其具有造價低、不影響交通、結構靈活多變、施工過程不用太多專用設備、環境污染小的等特點，在類似地層的各種地下工程施工過程中廣泛應用。

本項目以鄭州市民文化服務區地下交通工程為例，研究淺埋暗挖出入口下穿管廊，距管廊下部只有37cm情況下，對保證施工沉降量控制的技術研究，具有先進性和適用性。

1 工程概況

市民大道站位于站前大道與市民大道交叉口北側，沿站前大道南北向敷設。站前大道為規劃道路，道路紅線寬為60m。市民大道站主體沿規劃站前大道南北向路兩側為規劃50m寬綠化帶，現狀為空地，依據目前管線資料，建設條件良好。市民大道站附屬結構設置1、2、3、4共4個出入口及2處風道。其中，3號出入口暗挖通道采用CRD法施工，總長45.6m，上層覆土厚度13m左右。3號出入口暗挖通道有拱頂直墻、平頂直墻結構2種斷面形式。3號出入口暗挖下穿站前大道綜合管廊和過街地下通道段下穿市民大道地下隧道段采用平頂直墻CRD工法，過街通道下穿站前大道綜合管廊采用拱頂直墻CRD工法。工程場地位于山前沖洪積平原。自上而下依次分為雜填土、黏質粉土、粉質黏土等。暗挖出入口穿越土層主要為黏質粉土。

根據項目總體施工計劃結合施工實際進度及現場情況，暗挖出入口在完成明挖部分后，暗挖部分由明暗挖接口處破樁進洞開挖。暗挖施工步驟：施工準備→馬頭門施工→洞口樁體破除→分步開挖進洞→隧道開挖支護→出洞樁體破除→中支撐拆除、基面清理→初期支護驗收→防水施工→二襯施工。

2 施工沉降量控制技術

市民大道站3號出入口暗挖通道下穿站前大道管廊和市民大道地下隧道，與暗挖通道頂部最近距離僅37cm，對安全生產提出了較高的要求：覆土淺，施工難度、危險性大。針對以上情況，為使施工避免破環管廊、隧道，杜絕出現工程事故，采取以下控制加強技術。

2.1 加強地層超前支護及加固

（1）深孔注漿方式采用WSS無收縮后退式深孔注漿，加強地層超前注漿加固，并使得土層透水性降低，而形成相對隔水層。側壁注漿加固范圍為初襯外輪廓向外2.5m縱向搭接長度1m。鉆孔直徑φ89，跟管鉆機鉆進成孔。注漿擴散半徑0.5m。注漿管為φ50PVC管，長度根據實際加固范圍確定。注漿漿液宜為水泥漿液。正式注漿前需在現場對各土層進行注漿試驗，確定注漿量和注漿壓力。注漿實驗需要根據土層變化做相應調整，開挖面前方的圍巖注漿壓力一般控制在0.5～1.5MPa，從里向外逐漸減壓。地層注漿加固后單軸抗壓強度應達到0.6MPa。

（2）注漿過程中需要及時將初期支護背后的空隙回填，保證上層覆土不會發生下沉。注漿過程必須緊跟開挖初支過程，注漿施工與初支成環的距離不超過3m。

2.2 地下構筑物保護

本次施工項目下穿市民大道地下隧道和站前大道管廊，且距離較近，施工過程中發生重大損失的概率較大。土方開挖前要準確掌握本項目初支結構與原有構筑物之間的位置關系，嚴格遵守超前注漿加固的開挖原則，且要對注漿壓力進行嚴格控制，避免既有構筑物由于注漿壓力過大而發生破損。由于開挖拱頂距離既有構筑物較近，施工過程中要加強控制注漿參數。小導管注漿的施工遵循“注漿一段，開挖一段，環環推進，步步為營”的原則。

（1）小導管的制作。選用Φ42×3.25mm的熱軋鋼管制作長度為3m的小導管，其前端加工成封閉尖錐形，尾端焊箍為Φ6mm的鋼筋。在距小導管頭部1.0m以下的位置，每間隔20cm交叉鉆Φ8mm的孔。

（2）鉆孔、插管過程。鉆孔、插管過程需要先架立格柵，格柵架立后在格柵間鉆孔，鉆孔使用YT-28風鉆。鉆孔的設置方式為沿開挖輪廓環向設置，間距300mm，外插角12～15°。鉆孔成孔后用自制35風管吹孔，清除孔內雜物，吹孔后插入小導管。如果插入小導管困難，可以在確保鋼管尾部不被損壞尾的情況下用沖擊風鉆頂入。導管插入長度大于等于管長的90%，同時保證導管尾部外露20cm。最后，將導管尾端和格柵主筋焊接牢固。

（3）導管周圍封閉。注漿導管排管完成后，需要及時噴射混凝土進行封閉支護。為防止漿液在注漿過程中發生泄漏，在前方工作面管附近和支護處噴8～10cm厚混凝土，或在孔隙處用速凝水泥封堵孔壁與導管之間的空隙，待管口封閉后連接注漿管路進行注漿。

（4）沉降監測。由于本工程下穿道路，埋深淺，地下管線離拱頂較近。施工時，應對全施工過程進行監測，確保施工安全。由于暗挖隧附近圍巖條件復雜，穩定性較差，施工期間要做好主要監測項目：隧道拱頂沉降、凈空收斂以及地表沉降的監控量測工作，以確保洞室穩定以及地表、周圍構筑物的安全。主要監測項目在施工前需要測得穩定的初始值，且重復測量不少于2次；測試單位需要根據當前測試數據進行分析，然后預測下一施工步驟周圍地層、支護的穩定與受力情況以及地表沉降情況；所有測點得到的數據均應反映施工中該測點受力和變形情況隨時間的變化，監測過程涉及整個施工過程，從施工開始到完成，直至測試數據趨于穩定為止。

2.3 CRD法加強措施

出入口暗挖部分的斷面有拱頂直墻和平頂直墻2種形式，開挖采用CRD法，每循環進尺長度為0.5m。采用人工挖掘進行土方開挖，采用小推車對出土進行運輸，施工過程中根據現場需要，為便于上導洞掌子面出土，在中隔板處預留下土孔洞。CRD法施工過程需要將開完斷面分為4個部分，洞室間設置中隔壁或中隔板，4個洞室依次進行開挖，順序為1號導洞→2號導洞→3號導洞→4號導洞。為防止開挖過程中土方坍塌，每個導洞掘進斷面縱向距離要求大于等于8m。

（1）導洞開挖。導洞注漿加固后，采用環行開挖留核心土法，先對拱頂和中隔壁上半部分土方進行開挖，噴射混凝土，待臨時支護形成后迅速對側墻和中隔壁位置土方進行開挖，留高1.5m左右，長1～1.5m的核心土，兩側距開挖面留夠0.8m左右的作業空間。拱頂挖掘完成且臨時支護完成后，再開挖側墻和中隔壁位置的土方，開挖時可根據作業空間需要適當調整核心土和兩側開挖面的距離。拱頂和側墻挖掘過程結束后，應該迅速安裝拱架，完成混凝土的噴射。核心土最后開挖，安裝臨時仰拱，混凝土噴射成環，臨時仰拱架設要及時跟進，按照施工要求，只能落后拱頂格柵2～3榀。導洞開挖過程中要求上導洞掌子面坡度為1∶0.3～1∶0.2，下導洞掌子面坡度為1/4～1/6，同時，下導洞開挖斷面需要落后同側上導洞開挖面不小于8m。

（2）加強措施。導洞上半斷面采用環形開挖留核心土法，下半斷面采用單側或雙側交錯開挖。快速開挖仰拱并且及時支護形成全斷面封閉，減少圍巖變形。加強開挖過程中的監控量測，尤其是主控項目，一旦拱頂、拱腳和邊墻發生位移和變形，應該立即采取措施，施作臨時支撐和仰拱。中隔壁法各部開挖支護完畢，初期支護封閉成環，報請驗收，監理驗收合格，確認初期支護體系達到施工要求，能夠承受圍巖的全部壓力后，先加強拱頂下沉及周邊位移量測，觀測隧道封閉成環后隧道初期支護體系的變形情況，確定變形情況在正常范圍內時，方可進行中隔壁的拆除。中隔壁拆除必須要根據監控量測的數據信息和二襯結構施工的需要分段分步進行，為確保安全，洞口段中隔壁拆除后及時施作仰拱填充及二次襯砌。

2.4 初支背后回填注漿

隧道初襯施工過程中，為便于后期施工過程的回填注漿，需要在隧道拱部沿縱向每4m預埋一根注漿管，注漿孔布置在拱頂拱腰，注漿管為φ32×3.25花管，梅花形布置，長度為1.0m。為防止混凝土施工時漿管被堵塞，需要先用塑料泡沫或海綿將注漿管填堵，避免混凝土進入，保證后期注漿順暢。

背后回填注漿在初襯結構完成后，并且混凝土強度達到設計要求后即可進行注漿施工。初支背后回填注漿落后初期支護施工不大于4m，一般每10m初襯結構封閉后即可進行注漿。注漿過程采用活塞式單液注漿泵注漿，漿液采用0.8∶1～1.5∶1水泥砂漿，以初支與土層密貼為原則，注漿壓力控制在0.3MPa左右。若初支有局部滲漏水的地方可根據情況選用雙液注漿泵注水泥～水玻璃雙漿液進行補漿堵水。注漿完成后，立即封堵住漿孔，防止漿液外流。

2.5 其他加強措施

（1）加強掌子面土質觀察，為確保監測數據準確，在前方地質情況復雜的情況下，可采用人工探孔。

（2）加大監測力度，提高監測頻率，尤其是主控項目。（3）做好應急防護措施，掌子面備齊搶險物資、材料。

3 結束語

本研究主要針對淺埋暗挖出入口下穿管廊，隧道與暗挖通道頂部最近距離僅37cm，其覆土淺，施工難度、危險性大，對安全生產要求高，通過采用加強地層超前支護及加固、地下構筑物保護、CRD法加強措施、初支背后回填注漿等技術，使施工避免破環管廊、隧道。

加固土體的重要輔助施工措施是注漿，選用合理的注漿方式及注漿材料來加固地層，并通過監控測量保證注漿的可靠性和有效性。施工期間監控量測是確保洞室穩定和地表、周圍構筑物的安全的重要手段，是施工安全的重要組成部分。暗挖隧道圍巖等地質條件復雜，施工環境穩定性較差，施工中務必要做好隧道拱頂沉降、凈空收斂和地表沉降等的監控量測工作。

本研究所采用的淺埋暗挖法施工沉降量控制技術是可行的，可以為其他類似下穿管廊項目的施工提供技術支持及寶貴經驗。